Techniques de marquage pour I'étude des circulations des masses d'eau dans les lacs. Application à la retenue de Pareloup

¹ Section d'Applications des Traceurs, CEA, Centre d'Etudes Nucléaires de Grenoble, France.
² Département Environnement Aquatique et Atmosphérique, Electricité de France-DER, Chatou, France.

Résumé

Les Sociétés comme Electricité de France, qui exploitent l'eau des lacs naturels ou artificiels ont le souci de préserver l'équilibre des écosystèmes lacustres. Cette protection de l'environnement passe par une bonne connaissance des écosystèmes, ce qui implique des études pluridisciplinaires associant expérimentation et modélisation. Les techniques de marquage ont été utilisées pour l'étude des circulations des masses d'eau dans les lacs en vue d'une meilleure compréhension des phénomènes physiques que doivent reproduire les modèles thermiques et hydrodynamiques. Une première partie présente la méthodologie des traçages, le choix des traceurs et de leur mise en œuvre, les techniques de localisation et de suivi d'un panache d'eau marquée, les techniques d'échantillonnage, de mesure et d'interprétation. Une seconde partie présente les résultats de marquages réalisés sur une retenue choisie comme site expérimental : Le suivi du rejet d'eau injectée au fond de la retenue par pompage montre que l'évolution du panache est guidée par les effets de densité et la bathymétrie. Ce panache reste toujours confiné sous la thermocline, dont il ne peut franchir le gradient de densité, et progresse horizontalement dans la retenue en se maintenant à la même cote. Les échanges de part et d'autre d'un rétrécissement montrent que des circulations par boucles verticales ou horizontales, directement liées au vent, s'établissent dans I'épilimnion et I'hypolimnion sans jamais franchir la thermocline. Ces circulations sont particulièrement importantes lorsque la masse d'eau est bien tratifiée et soumise à de (*) Communication présentée au “International Symposium on the Use of Isotope Techniques in Water Resource Development”, March 11 -1 5th 1991, Vienne, Autriche. forts vents établis. Elles participent activement à l'homogénéisation spatiale horizontale de la retenue, ainsi qu'à l'érosion automnale de la thermocline par cisaillement. Outre les importants résultats scientifiques, ces campagnes ont permis d'éprouver la fiabilité de la méthode, ses contraintes en matériel et en personnel.

Abstract

The concern expressed by Utilities such as Electricité de France, responsible for management of lake or reservoir water, is to preserve the balance of lake ecosystems. Environmental protection necessitates adequate knowledge of ecosystems, which implies conducting multi-discipline studies combining testing and modelling. In order better to grasp the physical phenomena to be portrayed by thermal and hydrodynamic models, tracings techniques have been used to study water circulation in lakes. Part 1 presents the tracing methodology, the choice of tracers and their implementation, localisation and follow up techniques of a dyed water plume as well as sampling measurement and interpretation methods. Part 2 presents tracing results secured in a reservoir chosen as experimental site. The follow up of the water injected by a pumping station into the bottom of the reservoir shows that density effects and bathymetry control the trend of the plume. The plume always remains confined below the thermocline, in that it cannot cross its density gradient and advances horizontally in the reservoir at the same level. Exchanges on either sides of a narrowing of the reservoir show that the wind produces circulation following vertical or horizontal loops in the epilimnion and the hypolimnion, without ever crossing the thermocline. These circulations are particularly substantial when the water body is well stratified and subject to high winds. They participate actively in horizontal homogenisation of the reservoir in space, as well as in autumn erosion of the thermocline by shear. Excluding the major scientific findings, these sets of measurements have tested the reliability of the method, as well as its equipment-and-staff-related constraints.